安科瑞 劉邁

　　摘要：為助力鑄造企業落地各事業部能耗精細化核算、準確管控產品能源成本，量身搭建一體化能源管理系統。系統以智能模塊化架構為基礎，自動采集全域用能數據，聯動生產產量信息，分層分級統計分析各生產區域、生產線及設備能耗，實現用能全過程可視化、精細化管理，幫助企業優化用能結構、降低能耗支出。

　　關鍵詞：工業企業；能源管理；成本管控；精細化管理

　　當前，環境惡化與能源緊缺已成為全球亟待解決的難題。全球經濟的迅猛增長在帶來顯著成就的同時，也進一步加劇了能源供應的緊張。這一現狀迫切要求個人、企業乃至整個社會采取積極措施，有效降低能源消耗。

　　在此背景下，全球經濟一體化的浪潮推動全球壓鑄生產不斷向中國靠攏，至2016年，我國鑄造鋁合金行業產量已高達550萬噸，壓鑄廠（車間）數量近8000家，市場競爭異常激烈。因此，加強企業管理，提升成本管控能力，實現精細化管理，已成為我國鑄造企業面臨的關鍵任務和挑戰。

　　本文結合某大型鑄造企業的實際情況，介紹能源管控系統的設計方案，可為同類企業的能源管控系統設計提供參考。

　　1 項目現狀及需求

　　某大型鑄造企業隨著生產規模持續擴張，現有能源供應與安全保障條件，已難以適配企業發展節奏。企業雖布設了部分用能計量裝置，但日常數據統計仍以人工抄表為主，傳統用能管理模式不夠規范，難以開展精細化管控，也不利于推進節能降耗相關工作。

　　該企業已落地阿米巴管理模式，將整體發展目標拆解至五大事業部，依托該管理體系開展各事業部產品能源成本核算與能源績效考核，方便各部門負責人查閱運營數據，做好能源成本管控。但落地運行過程中逐步顯現短板：企業能源計量基礎體系建設，重要用能環節多依靠傳統機械式儀表人工讀數統計，整體投入大、工作效率不足。同時，各事業部存在能源共用混用的情況，只能依靠統計報表按比例分攤能耗費用，數據更新滯后、準確度不足，制約各事業部能耗細分統計，也造成產品能源成本核算存在偏差。

　　結合企業實際運營現狀，當前亟需改善的問題主要有：

　　① 采用人工抄表模式，人力投入大、工作效率偏低，能耗數據無法保障準確同步；

　　② 能源計量體系建設，整體能耗管控缺乏依據，難以準確定位能耗偏高問題，無法滿足各事業部能耗精細化核算的數據要求；

　　③ 缺少量化參照標準，難以判定單位產品能耗合理范圍；

　　④ 高耗能生產設備用能管控薄弱，用能損耗問題明顯，設備運行效能無法有效研判；

　　⑤ 節能優化工作缺少真實數據支撐，各類技術改進措施的落地效果，無法開展量化分析與評估。

　　2 系統設計

　　首先對企業建立能源管理系統，實現能耗數據可視化，然后通過能耗數據分析、指標體系、設備運維、能源審計、能耗評估等實現對能源消耗的過程控制，最后采取措施持續改進能源績效。能耗節能并不是一蹴而就的，需要一個持續改進的過程，在這個過程中不斷地發現節能空間、改進措施、驗證結論。

　　根據該企業實際情況梳理清楚各類能源供給、使用流程，優化該企業的能源計量體系，建設該企業能源“神經網"，建設一套能源管理系統。按照“阿米巴"管理模式，需要劃分事業部、生產工藝、區域、能源供給等多個用能維度，準確地統計出各個事業部能耗，完成準確的能耗成本核算；對生產設備能耗進行綜合管理；對日常用能的行為方式實施有效管理，幫助企業將用能狀態做到精細化、實時化、多方面化的管理，提高設備用能效率，減少用能成本。

　　2.1 計量器具配備設計

　　系統建設階段就是要建立能源管理系統，實現能耗數據可視化，實現能源生產過程和消費過程的管理。管理的基礎就是對能源消耗數據進行采集。結合該企業的實際用能情況，能源計量設計配備率

　　2.2 關鍵績效指標設計

　　建立能夠反映廠區用能水平的關鍵指標，從多個角度對能耗進行統計、分析，以關鍵績效指標（KPI）的形式反映廠區的能源利用狀況，評估廠區能源績效等級，發現和挖掘節能空間，通過指標考核，提高企業節能意識。

　　2.3 多維度能耗模型設計

　　根據某大型鑄造企業的用能類別，采集電能指標數據，電能分項相關數據經校驗后進入能源管理系統數據庫。系統對各個區域供配電用能數據采集統計，完成實時用能監測，為管理中心系統的能效評估分析提供數據支撐。該項目電能分項維度設計如下。

　　2.3.1 分類分項維度

　　分類電量數據采集指標包括：① 設備用電量：生產車間、數據中心、供應鏈生產設備、質檢等由某個部門或用戶獨立使用的設備用電量，對每個用戶獨立計量，根據實際用量計費。② 公共設備用電量：除用戶設備以外的用電，無須進行獨立計量，由使用部門根據一定的分攤規則進行計費。

　　分項電量中，電量應分為 ４項，包括照明插座用電、空調用電、動力用電和特殊用電。電量的4項分項是必分項。各分項可根據建筑配電系統的實際情況細分為一級子項和二級子項，該項是可選分項。

　　2.3.2 事業部組織能耗

　　目前，該企業各事業部能源統計數據主要來源于供應、財務和生產管理部門的相關總量報表，缺乏能源消耗利用狀況的分析，能源統計與日常管理未形成統一考核體系。

　　建立能源管理平臺，對能源管理的組織架構維度進行分析，形成日常管理的能源考核體系，加強內部能源管理。

　　2.3.3 區域用能

　　區域用能指根據廠區地理規劃，按其功能、工藝、管理等需求進行合理的地理區域劃分，并按區域進行用能統計分析，以地圖的形式直觀顯示廠區內不同區域能源消耗情況及各項能耗相關數據，便于用戶掌握各個區域及設備的能耗量。該企業區域能耗維度按樓棟、樓層、重要功能區/設備進行三級、四級區域劃分設計，區域能耗維度舉例如表3所示。

2.3.4 工藝用能

　　鋁鑄件產品線用能流程如圖2所示，對企業生產過程按車間（工藝段）進行劃分，實現能源統計及能效考核。分析各車間、車間內各工藝段實時用能數據及同環比數據，計算、對標工藝段能效指標，評估工藝段能源績效等級，再分析工藝段能耗因素，幫助企業尋找工序過程中的節能點。

　　2.3.5 重要設備用能

　　對各重要設備運行狀態和能耗進行統計分析，生成相應圖表。對分布在各個車間的重要生產設備進行監測，記錄設備運行、待機及停機時間，評估設備使用率，生成能耗曲線，并計算性能系數（COP）等指標。

　　3 安科瑞企業能耗管理系統介紹

　　3.1 數據隱私與安全

　　化工企業在智能化能源管理中需采集與傳輸大量實時數據，數據隱私與安全尤為關鍵。在數據隱私方面，企業能耗、工藝、設備狀態等信息涉及核心運營數據，未經授權泄露易引發競爭風險與合規問題，可通過強化身份認證、權限管控、數據加密與匿名化等手段降低泄露風險。在數據安全方面，智能系統與物聯網設備易成為網絡攻擊對象，企業需部署防火墻、入侵檢測等防護措施，并定期開展安全審計，保障系統與數據穩定可靠。

　　3.2 技術集成與人員培訓

　　智能化技術在化工企業的落地涉及傳感器、控制器、數據平臺等多類軟硬件系統協同，技術集成與人員適配是重要環節。技術集成需解決多廠商設備與系統的互聯互通問題，通過統一接口與通信協議保障數據順暢流轉和集中管理。同時，新型智能系統對操作人員技能提出更高要求，企業應制定針對性培訓計劃，提升員工操作與運維能力，并組建專業技術團隊，保障系統穩定運行與持續優化。

　　3.3 投資與成本效益

　　智能化技術改造涉及硬件采購、軟件開發、系統集成及人員培訓等大額投入，開展投資與成本效益分析是項目可行的重要前提。企業需量化智能化改造帶來的生產效率提升、能耗降低、設備停機減少、產品質量改善等收益，并估算前期與實施成本，通過收益與成本對比測算投資回收期與經濟效益。此外，應兼顧短期投入與長期價值，開展全生命周期成本效益評估，確保智能化升級具備長期可行性。

　　4 安科瑞企業能耗管理系統介紹

　　安科瑞企業能源管控系統采用自動化、信息化技術和集中管理模式，對企業的生產、輸配和消耗環節實行集中扁平化的動態監控和數據化管理，監測企業電、水、燃氣、蒸汽及壓縮空氣等各類能源的消耗情況，通過數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業針對各種能源需求及用能情況、能源質量、產品能源單耗、各工序能耗、工藝、車間、產線、班組、重大能耗設備等的能源利用情況等進行能耗統計、同環比分析、能源成本分析、碳排分析，為企業加強能源管理，提高能源利用效率、挖掘節能潛力、節能評估提供基礎數據和支持。

　　5 應用場所

　　鋼鐵、石化、冶金、有色金屬、采礦、醫藥、水泥、煤炭、造紙、化工、物流、食品、水廠、電廠、供熱站、軌道交通、航空工業、木材、工業園區、醫院、學校、酒店、寫字樓以及汽車制造、機電設備、電器產品、工器具制造等離散制造業。

　　6 系統結構

　　現場通過廠區局域網和平臺通訊，平臺搭建在客戶自己配置的服務器上。搭建完成之后，客戶可以在任意能與局域網聯通的地方，通過有權限的賬號登陸網頁以及手機APP查看各處的運行情況。

　　系統可分為三層：即現場設備層、網絡通訊層和平臺管理層。

　　現場設備層：主要是連接于網絡中用于水、電、氣等參量采集測量的各類型的儀表等，也是構建該配電、耗水、耗氣系統必要的基本組成元素。肩負著采集數據的重任，這些設備可為本公司各系列帶通訊網絡電力儀表、溫濕度控制器、開關量監測模塊以及合格供應商的水表、氣表、冷熱量表等。

　　網絡通訊層：包含現場智能網關、網絡交換機等設備。智能網關主動采集現場設備層設備的數據，并可進行規約轉換，數據存儲，并通過網絡把數據上傳至搭建好的數據庫服務器，智能網關可在網絡故障時將數據存儲在本地，待網絡恢復時從中斷的位置繼續上傳數據，保證服務器端數據不丟失。

　　平臺管理層：包含應用服務器、WEB服務器和數據服務器，一般應用服務器和WEB服務器可以合一配置。

　　平臺采用分層分布式結構進行設計，詳細拓撲結構如下：

7 系統功能

　　平臺采用自動化、信息化技術和集中管理模式，對企業的生產、輸配和消耗環節實行集中扁平化的動態監控和數據化管理。實時監測企業各類能源的消耗情況，通過數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業加強能源管理，提高能源利用效率和節能潛力，為節能改造提供數據依據。

　　7.1平臺登錄

　　在瀏覽器打開云平臺鏈接、輸入賬戶名和權限密碼，進行登錄，防止未授權人員瀏覽有關信息。

7.2大屏展示

　　用戶登錄成功之后進入大屏展示頁面，展示企業及各區域的能耗折標、產值、異常、排名、占比、通訊情況，點擊區域展示該區域的分類能耗、產值等相關信息。

7.3首頁

　　首頁展示峰谷平用電、變壓器情況、年能耗趨勢、單耗趨勢、分類能耗等企業級統計數據。

7.4數據監控

　　對企業各點位的能源使用、報警等情況進行實時的監控。以便企業用戶能夠實時的監測各個點位的運作情況，同時能更快的掌握點位的報警，并為企業削峰填谷、調整負載等技改措施提供數據支撐。

　　能源實時監控：對于水、電、氣等能源消耗進行實時監測，確保用能環節的持續穩定運行，顯示配電圖、能流圖、能源平衡網絡圖、能源計量網絡圖等功能。

　　能流圖：需要在能流圖上對水、電、氣的消耗情況進行實時展示；當能源參數越限報警，可提供報警重要性等級分類，同時支持APP推送、手機短信、郵件、釘釘、語音播報、系統彈窗報警提示等；

　　配電圖：將配電房真實情況畫入配電圖，實時展示接入的門禁、水浸、電水氣等儀表的實時參數、門禁水浸狀態及能耗數據。

　　實時統計：實時統計工廠、車間、工序、設備的當年、季度、月、周、日、班次等能耗值；

　　數據展示：通過實時曲線和歷史曲線展示不同區域、不同設備的不同的能耗參數；

　　檢測：對能源報警信息進行集中顯示，可以對報警閾值信息進行相關處理操作，可以對報警參數進行在線設置，當能源參數越限報警，可提供報警重要性等級分類，具備APP推送、手機短信、郵件、釘釘、語音播報、系統彈窗等報警提示；

7.5視頻監控

　　接入攝像頭，實時掌控企業內實際情況。

7.6變壓器監控

　　展示各電壓器的負載情況，從而可以為變壓器配備情況進行科學合理的規劃。通過各種運行參數狀態下用電效能的對比分析，找出更好的運行模式。根據運行模式調整負載，從而降低用電單耗，使電能損失降低。

7.7儀表實時監控

　　展示各個水電氣儀表的實時參數變化，以曲線圖的方式展示。

7.8能源中控

　　將所有有關能源的能源參數集中在一個看板中，能從多個維度對比分析，實現各個產業線的對比，幫助領導掌控整個工廠的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。

7.9用能統計

　　從能源使用種類、監測區域、車間、生產工藝、工序、工段時間、設備、班組、分項等維度，采用曲線、餅圖、直方圖、累積圖、數字表等方式對企業用能統計、同比、環比分析、實績分析，折標對比、單位產品能耗、單位產值能耗統計，找出能源使用過程中的漏洞和不合理地方，從而調整能源分配策略，減少能源使用過程中的浪費。

7.10 分析

　　統計各個監測節點（工廠、車間）的當年、季度、月、周、日各類能源消耗費用，其中電包括峰電量、峰電費、谷電量、谷電費以及平均電量和平均電費。

7.11產品單耗統計

　　與企業MES系統對接，通過產品產量以及系統采集的能耗數據，在產品單耗中生成產品單耗趨勢圖，并進行同比和環比分析。同時將產品單耗與行業/國家/國際指標對標，以便企業能夠根據產品單耗情況來調整生產工藝，從而降低能耗。

7.12績效分析

　　對各類能源使用、消耗、轉換，按班組、區域、車間，產線、工段、設備等進行日、周、月、年、規定時段績效統計按照能源計劃或定額制定的績效指標進行KPI比較考核，幫助企業了解內部能效水平和節能潛力，評定能源消耗是否合理。

　　7.13運行監測

　　系統對區域、工段、設備能源消耗進行數據采集，監測設備及工藝運行狀態，如溫度、濕度、流量、壓力、速度等，并支持變配電系統一次運行監視。可直接從動態監測平面圖快速瀏覽到所管理的能耗數據，支持按能源種類、車間、工段、時間等維度查詢相關能源用量。

7.14自定義能耗報表

　　用戶可通過自定義報表頭與列，靈活生產各種報表，查看企業各個節點的能耗，單耗，成本，綜合能耗等信息，并同比、環比報表，支持導出報表。

7.15同比、環比

　　提供能耗成本的圖形對比分析，包括分時段（日、月、年）的同比、環比分析，分類、分時段、分項（地點、機構、設備）統計圖形對比分析（柱狀圖、餅圖、堆積圖等）。

同比

環比

　　7.16分析報告

　　以年、月、日對企業的能源利用情況、線路損耗情況、設備運行情況、運維情況等進行仔細的統計分析，讓用戶更加了解系統的運行情況，并為用戶提供數據基礎，方便用戶發現設備異常，從而找出改善點，以及針對用能情況挖掘節能潛力。

7.17能耗設備用能

　　監控耗能設備運行、停機及異常狀態，及時解決設備故障停運導致無法正常生產。

7.18線損分析

　　根據節點、能源分類，查詢各個節點線路上的能源損耗數據，及時發現能量在使用過程中的跑冒滴漏和異常用能等浪費的問題，提醒用戶及時進行干預。

7.19碳排放管理

　　按照區域對碳排放總量的變化趨勢進行統計，并進行同環比分析。對單位產值碳排放量進行計算，并結合減排指標實現超標預警，提升區域減排水平，促進碳達峰目標實現。

　　7.20電能質量監測

　　實時監測諧波含量、三相不平衡度、功率因數等，確保功率因數不低于供電局考核指標，避免被罰款和設備出現故障。

　　7.21運維管理

　　系統支持設備日常巡檢計劃、派工、消缺、報修、派工等設備運維管理，方便運行管理人員的制定巡檢計劃、派工，巡檢人員執行巡檢、完成工單、巡檢發現問題消缺，進行故障報修、跟進維修進度，滿足日常巡檢、設備維修保養需要。

7.22報警管理

　　針對于電氣正常開展、限電和能耗雙控，實現電參量異常報警、電氣火災隱患報警、能耗超標報警、限電報警等，幫助企業提前預警，避免發生火災事故和被罰款導致用能成本過高。支持分級分類報警，可對報警進行派發與閉環處理。

7.23能耗抄表

　　可自定義時間段抄儀表的抄表值以及差值，可自定義抄表的分類分項。

7.24能耗分析自定義時間抄表

　　可自定義時間段內各個拓撲節點的能耗值，可自定義抄表能耗值的的分類分項。

7.25容需量報表

　　提供容需量報表，實時展示容量需量價格的變化情況，幫助企業實現容改需，降低基本電費。

　　7.26復費率報表

　　對尖、峰、平、谷用電量及成本費用進行統計分析，為企業分時用電，優化成本效益提供數據支持。

7.27文檔管理

　　對國標、能源管理制度、能源指標體系等文件進行歸檔，可快速查詢相關文檔。對儀表臺賬進行系統管理，支持文件的上傳和下載。

7.28 3D可視化大屏

　　對場景進行虛擬仿真，展示各區域運行及能源消耗情況，可實現分層預覽、轉場展示、風格切換、智能巡檢等效果，支持模型與監測點位的自定義綁定。

7.29 3D子系統

　　對各動力子系統進行虛擬仿真，展示子系統的動力管線、設備的實時狀態及能源消耗情況，可實現動態的能源流向效果。

7.30工業組態

　　可通過圖形化的編輯方式自定義組態圖，展示設備運行狀態及能源消耗情況，可上傳自定義素材及綁定監測數據。

7.31自定義駕駛艙

　　可通過圖形化的操作方式自定義駕駛艙，以折線圖、餅圖、表格等圖形展示采集數據及各類統計數據，數據源包括API、數據庫查詢、MQTT、Excel等方式。

7.32基礎數據管理

　　對系統的項目、探測器、設備型號、電參量、節點、能源、公示、及相關參數進行配置、修改、刪除等管理、進行用戶添加和授權管理、合同管理。

7.33手機APP

　　APP支持Android、iOS操作系統，方便用戶按能源分類、區域、車間、工序、班組、設備等不同維度掌握企業能源消耗、產線比對、效率分析、同環比分析、能耗折標、事件記錄、運行監視、異常報警、配電圖、工藝流程圖、能流圖。

7.34知識產權證書

8 系統硬件配置

　　9 結論

　　智慧能源管理系統可對企業能源供應、能源轉換、能源消耗全流程，開展動態平衡管控，及時排查能源浪費與用能利用不佳等問題。依托多方面、準確的能耗數據，清晰掌握能耗分布與用能水平，搭建單位產品能耗等 KPI 考核體系。借助系統對各項指標進行監測與優化，推動企業用能管理轉向主動化、精細化，助力搭建長效且可持續的能源管理運行體系。

　　參考文獻

　　[1]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會．用能單位能源計量器具配

　　備和管理通則:GB17167-2006[S].北京:中國標準出版社,2006.

　　[2]浙江省質量技術監督局．鋁合金鑄件可比單位綜合能耗限額及計算方法:DB33/802-2013[Z]2013.

　　[3]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會．三相配電變壓器能效限定值及節能評價值:GB20052-2013[S].北京:中國標準出版社,2013.

　　[4]安科瑞企業微電網設計與選型手冊.2022.05版.